一种基于晶闸管全桥模块主断路开关型的混合高压直流断路器

摘要

本发明涉及一种基于晶闸管全桥模块主断路开关型的混合高压直流断路器，属于高压、超高压直流输电技术领域。该高压直流断路器由低损耗支路、主断路开关和能量吸收回路组成，其中低损耗支路由快速机械开关以及少量IGBT组成；主断路开关由晶闸管和电容器组成；能量吸收回路由避雷器组成。正常运行时电流由低损耗通路流过，当直流线路或设备出现故障时，关断低损耗通路的IGBT，电流转移到由晶闸管组成的电力电子断流支路中，待快速机械开关达到安全间隙，电流随后转移到能量吸收支路中，在避雷器的作用下，系统能量被迅速吸收，从而将故障线路切除。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于晶闸管全桥模块主断路开关型的混合高压直流断路器，属于高压、特高压直流输电领域。

背景技术

高压、特高压直流输电由于诸多优点，得到了越来越多的重视，未来的多端直流输电以及由此构建的直流电网成为了趋势，而直流输电的电流没有过零点，不能像交流输电那样利用过零点灭弧，给直流断路器的实现带来了很大的困难，目前的实现方法分为以下几种：基于叠加振荡电流产生电流过零点，进而实现电流分断，缺点是关断延迟过长，关断电流有限；直流线路增加逆变-整流环节，在逆变后的交流侧用交流断路器切断电流，缺点是关断延迟大，要等到电流过零点才能关断，且损耗大、造价昂贵；目前开发的混合式高压直流断路器的电力电子断流支路用大量的IGBT串联，由于IGBT的电压等级、通流能力较弱，需大量的IGBT串并联，提高了系统的造价；对于高压或特高压领域的直流断路器的开发依然有很多问题亟待解决，研制适用于高电压、大电流场合的直流断路器已经成为了迫切需要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于晶闸管全桥模块主断路开关型的混合高压直流断路器。

本发明的目的在于克服当前高压直流断路器关断能力的不足以及造价过高的缺点。

本发明所采用的技术方案是：在正常运行的时候，导通低损耗通路中的快速机械开关（S_LCS）及相应的IGBT，使电流流过低损耗通路；在故障下根据故障电流方向选择触发的晶闸管，并关断低损耗通路中的IGBT，电流转移到电力电子断流支路，然后，通过对晶闸管的控制可控制该支路的电流方向，从而维持子模块的电容电压不超过其正向限值电压U_lim与反向限值电压U_lim2，避免快速机械开关在打开前重新击穿；待快速机械开关达到安全间隙的时候，维持原有的晶闸管触发逻辑不变，随着电容电压达到避雷器保护值，能量转移到避雷器支路进行耗散。

与现有技术相比，本发明具有的优势为：

1、耐压、通流能力大，由于晶闸管的特性，远大于IGBT的耐压、通流能力，所以该断路器可应用在更高电压、更大电流的场合；

2、成本低，晶闸管的成本比IGBT低，均压电路较成熟、且由于其耐压通流能力高，可以进一步的减少器件的使用量，所以能够显著降低断路器的成本。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1示出了一种基于晶闸管全桥模块主断路开关型的混合高压直流断路器电路示意图，该结构是摘要附图的形式之一，具有双向关断能力。其中：虚线框1内为低损耗支路，包括快速机械开关和IGBT；虚线框2内为电力电子断流支路和能量吸收支路，电力电子断流支路包括由多个子模块构成，每个子模块由晶闸管和电容器组成；能量吸收回路由避雷器组成。

图2示出了采用一种基于晶闸管全桥模块主断路开关型的混合高压直流断路器的另一种形式的电路示意图，该结构是摘要附图的形式之一，具有双向关断能力。虚线框1内为低损耗支路，包括快速机械开关和IGBT；虚线框2内为电力电子断流支路和能量吸收支路，电力电子断流支路包括由多个串联的晶闸管与电容器组成，能量吸收回路由避雷器组成。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1中虚线框1包含快速机械开关S_LCS和电流转移开关T_LCS，虚线框2内包含多个子模块，每个子模块由8个晶闸管和一个电容器以及能量吸收回路组成；

该电路中在正常运行的时候，快速机械开关S_LCS和电流转移开关T_LCS闭合，电流流过虚线框1所示的支路，由于T_LCS包含的IGBT数量较少，断路器以低损耗运行。

故障发生时且电流方向从左到右时，关断低损耗通路的IGBT，同时导通主断路开关电力电子断流回路中每个子模块的晶闸管T1，T7，待电流成功转移之后关断快速机械开关；在电流转移过程中，当子模块电容达到一定正向限值电压U_lim时，导通T3、T5，使电容放电且反向充电，当反向充电到反向限值电压U_lim2时，重新触发T1，T7，如此循环往复，直到快速机械开关达到安全间隙，然后保持当前晶闸管的触发逻辑。当电容电压达到避雷器保护值，能量转移到避雷器支路进行耗散。

在故障下且故障电流方向从右到左时，关断低损耗通路的IGBT，同时导通主断路开关电力电子断流回路中每个子模块的晶闸管T6，T4，待电流成功转移之后关断快速机械开关；在电流转移过程中，当子模块电容达到一定的反向限值电压U_lim2时，导通T2、T8，使电容反向放电并正向充电，当充电到正向限值电压U_lim时，重新触发T6，T4，如此循环往复，直到快速机械开关达到安全间隙，然后保持当前晶闸管的触发逻辑。当电容电压达到避雷器保护值，能量转移到避雷器支路进行耗散。

以上所述的是一种基于晶闸管全桥模块主断路开关型的混合高压直流断路器开断方式，图2是该型高压直流断路器的另一种实现形式的电路原理图， 其与图1 的不同点在于图2将图1的晶闸管、电容器、避雷器集中布置，触发逻辑与控制方法与图1的相同。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。